Клапана газораспределения дизельных двигателей, впускной клапан, выпускной клапан / НЕВА-диз

 

Постоянно на складе и под заказ впускные и выпускные клапана газораспределения судовых двигателей:

                                                                   

клапан впуска 4Ч 8,5/11
клапан выпуска 4Ч 8,5/11
клапан впуска 6Ч 9,5/11
клапан выпуска 6Ч 9,5/11

 

клапан впускной 4Ч 10,5/13
клапан выпускной 4Ч 10,5/13
клапан впускной 6Ч 12/14
клапан выпускной 6Ч 12/14

клапан впускной 3Д6/Д12
клапан выпускной 3Д6/Д12

клапан впускной 6ЧН 18/22
клапан выпускной 6ЧН 18/22

клапан впускной 6ЧН 25/34
клапан выпускной 6ЧН 25/34

клапан впускной 6Ч 23/30
клапан выпускной 6Ч 23/30
клапан впускной Г60 (6ЧН 36/45)
клапан выпускной Г60 (6ЧН 36/45)

клапан впускной 6S 160
клапан выпускной 6S 160

Клапаны (впускной клапан, выпускной клапан) – детали двигателя, служащие для периодического открывания и закрывания отверстий впускных и выпускных каналов в зависимости от положения поршней в цилиндре и от порядка работы двигателя.

Клапаны расположены в головке цилиндров под углом к вертикальной оси цилиндров. Стальной впускной клапан изготовлен цельным, а выпускной состоит из двух частей, соединённых в заготовке сваркой. Верхняя часть клапана — его стержень — изготовлена из стали, имеющей высокую износостойкость, нижняя часть стержня и головка выпускного клапана сделаны из термостойкой стали.

Уплотнительной поверхности клапанной головки приходится входить в соприкосновение с клапанным седлом до 70 раз в секунду. Возникающие при этом динамические усилия, а также силы клапанных пружин и давление воспламенения представляют собой весьма серьезное испытание для этих деталей.

Особенно сильному нагреву подвергается выпускной клапан: отработанный газ имеет температуру до 800°С. В течение того короткого времени, пока рабочие поверхности входят в соприкосновение друг с другом, необходимо осуществить максимальную передачу тепла с клапанного седла на головку цилиндра.

Правильный выбор впускных/выпускных клапанов
Выбор материала

При выборе клапанов для форсированного двигателя наибольшее количество вопросов вызывает именно выбор материала. Производители предлагают широкий выбор материалов, удовлетворяющий требованиям практически любого двигателя. Некоторые производители имеют в своем ассортименте один-два типа материала, заявляя при этом о его универсальности и том, что он подходит ко всем моторам. Однако если взять в расчет условия, в которых приходится работать клапанам, становится понятным необоснованность таких заявлений, один тип материала ни в коем случае не может подойти ко всем без исключения двигателям. Основная разница между впускными и выпускными клапанами состоит в различных рабочих температурах. Выпускные клапаны находятся под постоянным воздействием крайне разрушительных газов, а температуры часто превышают рубеж 760°С. Впускные же клапаны постоянно охлаждаются потоками воздушно-топливной смеси и не разогреваются до таких температур. Специфические сплавы впускного клапана при своей не слишком высокой рабочей температуре могут оказаться прочнее нержавеющей стали выпускного клапана.

Конструкция головки клапана

Форма головки клапана и ее размеры имеют особое значение для мощности двигателя. А ключевым звеном является диаметр головки и угол седла. Клапаны, имеющие вогнутую со стороны камеры сгорания головку, — несколько легче обычных, но из-за увеличенного объема камеры сгорания имеет место некоторое падение компрессии. Диаметр головки клапана прямо пропорционально связан с интенсивностью прохождения потоков воздушно-топливной смеси и, следовательно, мощностью двигателя. То есть клапан должен иметь достаточный для свободного прохождения потоков смеси диаметр головки. Повысить мощность двигателя можно установив в головку блока клапаны с увеличенным диаметром головок. Такие клапаны, однако, имеют и недостаток – заметное снижение пиковой мощности и крутящего момента. Выбор диаметра клапана в итоге оказывается компромиссом между низкими оборотами и пиковой мощностью, определяющим же фактором при этом является предназначение двигателя. В обычных, нетурбированных двигателях, диаметр головки впускного клапана больше диаметра выпускного на 25%.

Угол седла клапана

Угол седла клапана обычно определяется производителем двигателя, хотя измерить его можно в любой мастерской. Даже если в распоряжении мастерской имеется гидростенд, лучше не испытывать судьбу и следовать рекомендациям производителя относительно угла седла, поскольку его значение имеет огромное значение. При обработке седла клапана необходимо уделять особое внимание точности. Для того, чтобы контактная поверхность седла соприкасалась с нужной точкой фаски клапана и имела требуемую ширину (1,15 – 1,5 мм), седло должно быть обработано под несколькими углами. Профессионально обработанные седла (как показано на рисунке 1) могут существенно повысить мощность двигателя. При измерении углов нужно быть внимательным, в некоторых двигателях, как, например, у показанного на рисунке 2 двигателя Honda S2000, имеют место сужающиеся углы.

Обработка нижней части головки клапана – полировка

Форма нижней части головки клапана и качество ее обработки также влияет на прохождение потоков смеси через клапан. Нижняя поверхность головок высококачественных клапанов проходит специальную механическую обработку, повышающую прочность клапана и облегчающую прохождение потоков смеси. Полировка имеет несколько положительных сторон. Во-первых, благодаря удалению с поверхности всех неровностей первичной обработки облегчается прохождение потоков смеси, а во-вторых, в процессе полировки удаляются все возможные концентраторы напряжения.

Конструкция штока клапана – диаметр и выточка на штоке

Именно шток является опорной поверхностью, контактирующей с направляющей клапана. Упор же клапана должен обладать достаточным запасом прочности, способным выдерживать постоянные нагрузки, передаваемые на клапан качающимся рычагом. Диаметр штока зависит от того, какой вес и запас прочности ожидается от клапана. Некоторые клапаны премиум-класса имеют вырезку на штоке. Вырезка уменьшает диаметр в области ниже направляющей и ощутимо увеличивает проходимость смеси при низком подъеме головки клапана. При этом слегка снижается вес клапана. Существенно снизить вес клапана можно уменьшив диаметр его штока.
Покрытие клапана и его зазор

Хромирование штока клапана увеличивает его долговечность в условиях недостаточного смазывания.

Это особенно актуально для сильно разогревающихся выпускных клапанов. В настоящее время покрытие имеют все более или менее качественные клапаны, что позволяет удовлетворить требованиям самых строгих маслосберегающих технологий. Зазор между штоком клапана и направляющей зависит от многих факторов: диаметра штока, предназначения двигателя, свойств материала направляющей и типа сальника клапана. Клапаны, имеющие недостаточный зазор, могут привести к значительно большим повреждениям двигателя, чем клапаны с чрезмерным зазором. Наиболее распространенные значения зазора впускных клапанов – 0,04-0,06 мм, выпускных – 0,05-0,075 мм.
Конструкция замка клапанной пружины

Наиболее распространенная конструкция замка клапанной пружины – прямоугольной формы канавка. Компоненты такого замка представлены в широком ассортименте форм и типов материалов. Кроме этого свою эффективность доказали и многоканавочные замки, позволяющие клапану вращаться независимо от пружины и ее тарелки. Благодаря этому достигается равномерный износ и чистота контактных поверхностей фаски клапана и седла, а это в свою очередь увеличивает долговечность клапана.

И хотя среднестатистический автомобиль великолепно работает с многоканавочной конструкцией замка тарелки пружины, для форсированных двигателей рекомендуется одноканавочная конструкция. Полукруглая форма канавки замка объективно нужна только в клапанах с очень маленьким диаметром штока, работающих на пределе прочности. Поломка клапана в области канавки замка – довольно нетипичное явление.
Конструкция упора клапана

Упор клапана должен обладать достаточным запасом прочности, чтобы противостоять постоянному давлению качающегося рычага. Нержавеющую сталь невозможно закалить до такого уровня, чтобы она выдерживала подобные нагрузки, поэтому упор необходимо либо наваривать, либо делать съемным. Сплавы не на основе нержавеющей стали хорошо поддаются закалке и не нуждаются в наварных упорах или других укрепленных элементах. Шток клапана с многоканавочной конструкцией замка должен быть закален в области канавок либо наварен, если материал головки – нержавеющая сталь.

Вес клапана

Вес двигателя может быть фактором, ограничивающим обороты двигателя. Этот фактор обязательно нужно учитывать при его конструировании. При этом, учитывая больший размер впускных клапанов, им нужно уделять особое внимание. Вырезка на штоке клапана – незначительное снижение веса. Большого результата можно добиться, уменьшив диаметр штока клапана. Титановые клапаны хотя и дорого стоят, но имеют существенно меньший вес, что положительно сказывается на оборотах двигателя и долговечности пружин клапанного привода.

Зазор между поршнем и клапаном

Ни один клапан не выдержит удара о поршень. Основной причиной выхода из строя головок блока является именно такие удары. Рекомендуемый зазор между ними – 2,5 мм, хотя это значение и может показаться слишком большим. Безусловно. Меньший зазор обеспечит лучшие результаты, но при этом придется жертвовать надежностью двигателя.
Материалы для производства впускных и выпускных клапанов

Материалы для производства клапанов должны удовлетворять всем требованиям двигателя. Термин “нержавеющая сталь” обычно применяется по отношению ко сплавам стали, содержащим как минимум 10% хрома. Как будет показано ниже, сплав сильхром 1 приближается к этому уровню при том что стоимость его остается на уровне дешевых высокоуглеродистых сплавов.

Sil XB, 422, 21-2N и 21-4N: сплавы нержавеющей стали.

1541: высокоуглеродистая сталь с добавками марганца, повышающими коррозионную устойчивость. 8440: стальной сплав, пригодный для производства работающих с повышенными нагрузками клапанов. Для повышения термостойкости в сплав добавлен хром.

Sil1: стальной сплав с 8,5% содержанием хрома, пригодный для производства работающих с повышенными нагрузками клапанов. Используется для изготовления высококачественных впускных клапанов.

Sil XB: ферритный сплав, содержащий 20% хрома и 1,3% никеля. Используется для производства впускных клапанов, работающих с высокими нагрузками.

422: сплав нержавеющей стали, используемый для изготовления высококачественных впускных клапанов. Сплав разработан специально для впуcкных клапанов, диапазон рабочих температур его не подходит для изготовления выпускных клапанов. Клапаны из этого сплава часто имеют обозначение “для жестких условий”.

Ti-6: титан – легкий неферритный материал, применяемый для изготовления клапанов, работающих в высокооборотистых спортивных двигателях. Он на 40% легче стали и сохраняет прочность при высоких температурах. Обычно из титана изготавливаются впускные клапаны большого диаметра, хотя можно встретить и выпускные клапаны из этого материала.

21-2N: аустенитный стальной сплав, содержащий 21% хрома и 2% никеля. Наиболее популярный материал для изготовления выпускных клапанов, сохраняет свойства при существенных повышениях температуры. Благодаря дополнительной обработке характеристики клапана из такого материала можно приблизить к оптимальным. В итоге получается недорогой и очень качественный клапан.

21-4N: аустенитный стальной сплав, похожий по качествам на 21-2N, но с более высоким содержанием никеля (4%). Используется как альтернатива сплаву 21-2N.
                                                       

Как работают клапаны двигателя

Главная » Разное » Как работают клапаны двигателя

Как работают клапаны в двигателе?

Если Вы читали статью о работе двигателя, то знаете, что существует 4 такта работы мотора:

1. впуск,
2. сжатие,
3. сгорание,
4. выпуск.

В современных двигателях на каждый цилиндр приходится 4 клапана: два впускных и два выпускных — они работают попарно — т.е. два впускных клапана открываются одновременно и два выпускных одновременно (но отличное время от времени открытия впускных). Это контролируется распределительным валом. Во время такта впуска, когда цилиндр движется вниз, открывается пара впускных клапанов, чтобы смесь топлива и воздуха могла впрыснуться в камеру сгорания цилиндра. Затем клапан закрывается, цилиндр движется уже наверх, и, следовательно, происходит сжатие смеси. Когда цилиндр достигает верхней точки, происходит взрыв этой смеси (инициируемый свечой в бензиновых двигателях и крайней степенью сжатия в дизельных). Теперь цилиндр из-за возникшего по причине взрыва давления движется вниз, а, когда достигает крайней нижней точки, открывается пара выпускных клапанов, чтобы были выдавлены цилиндром отработавшие газы, когда тот снова начнёт двигаться вверх.

Ничего сложного, не правда ли? Но из чего состоит цепочка работы клапанов, откуда они знают, когда им открываться и закрываться. Увы и ах, но в эру умнейших компьютеров, эта операция контролируется всего лишь какими-то грушевидными отростками на валу, который приводится во вращения от коленчатого вала двигателя. Этот вал называется распределительным или распредвалом в обиходе.

К распредвалу идёт ремень или цепь ГРМ, которая имеет зубцы и предназначен для очень точной передачи оборотов коленчатого вала (который приводится в движение цилиндрами двигателя) распредвалу. На самом распредвале расположены так называемые кулачки, яйцевидные «отростки» на валу, которые и толкают клапаны в нужный момент. И вот как это выглядит:

Распределительный вал, установленный в блоке цилиндров, имеет мелкие металлические нажимные цилиндры (кулачки), расположенные выше самого клапана и металлического толкателя, который находится между клапаном и кулачком. Когда распредвал крутится, крутятся и кулачки, и когда выступающая их часть поворачивается вниз, то она толкает толкатель, который передаёт толчок клапану, который и открывается. А когда кулачок перестаёт нажимать на толкатель, пружина клапана позволяет ему подняться обратно вверх, чтобы закрыться. Это называется подвесной системой клапанов (OHV).

Клапаны в двигателе — как они работают

Газы поступают в камеру сгорания и выходят из нее через проходы в головке блока цилиндров, называемые порта , Этот поток газов контролируется клапанами. Есть два комплекта клапанов — один для управления впуском и один для выпуска. Клапаны должны создавать минимальное препятствие потоку газов, когда они открыты, и создавать газонепроницаемое уплотнение, когда они закрыты.

На такте впуска впускной клапан будет открыт, и смесь воздуха и топлива может войти.Затем клапан закроется, так что смесь можно сжать и сжечь, затем выпускной клапан открывается на такте выпуска, так что сгоревшая смесь может быть вытеснена движением поршня вверх.

Клапаны управляются распределительным валом, который в нужное время открывает каждый клапан — либо напрямую, либо через рычажный механизм. Клапаны должны быть синхронизированы с поршнем, чтобы они открывались и закрывались в нужный момент при ходе поршня. ремень ГРМ (Cambelt по-британски) или ГРМ проходит между коленчатым валом и распределительным валом, связывая их вместе, синхронизируя их.

Клапан в сборе

Ранние двигатели экспериментировали со всеми видами конструкций клапанов, но в течение примерно ста лет автомобильные двигатели использовали одну и ту же конструкцию: тарельчатый клапан.

Каждый клапан находится в круглом отверстии, образованном в крыше камеры сгорания. В закрытом состоянии между клапаном и поверхностью, на которую он давит, будет плотное уплотнение, известное как седло клапана , Клапан держится закрытым пружина клапана который толкает против диска, прикрепленного к штоку клапана, называемого фиксатор ,

Давление вытесняющих выхлопных газов сильнее, чем вакуум, втягивающий воздух и топливо. Легче продувать газы давлением, чем всасывать их в вакууме. Вы можете попробовать это самостоятельно, дыша через трубочку для питья, заполнение легких занимает больше времени, чем опорожнение. Это означает, что выхлопные газы перемещаются легче, и поэтому впускные клапаны больше (или более многочисленны), чем впускные клапаны, чтобы обеспечить большую площадь для впускного потока.

клапан

Сам клапан состоит из круглой головки, соединенной с длинным штоком.Шток проходит в направляющей клапана и гарантирует, что клапан может двигаться только вверх и вниз, а не шевелиться из стороны в сторону.

Клапан состоит из двух частей и затем сварен вместе. Головка обычно изготавливается из нержавеющей стали, а стержень из высокоуглеродистой стали. Клапаны в основном изготавливаются из закаленной стали или более экзотических материалов, таких как титан, в высокоэффективных двигателях.

Когда клапан закрыт, он соприкасается с поверхностью по периметру порта клапана.Эта поверхность, на которой сидит клапан, называется седло клапана , Седло должно быть гладким, поскольку оно обеспечивает уплотняющую поверхность, а максимальный контакт между клапаном и седлом гарантирует, что головка цилиндра способна поглощать тепло от клапана. С чугунной головкой седло клапана будет обработано непосредственно в головке, тогда как для более мягких алюминиевых головок, которые не могут противостоять коррозии отработавших газов, седло клапана будет сделано из более прочного металла и запрессовано в головку.

Впускной и выпускной клапаны нагреваются во время работы.Это тепло должно рассеиваться, и это тепло в основном передается через поверхность клапана, через седло клапана и в головку цилиндров, где оно уносится протекающей охлаждающей жидкостью. Тепло также проникает вверх по штоку и через направляющие клапана в головку. Некоторые рабочие стержни клапанов заполнены натрием, который плавится и разбрызгивается внутри штока для улучшения теплопередачи.

[Диаграмма теплового потока в клапанах]

Выпускные клапаны имеют более прочный срок службы, чем впускные клапаны, они подвергаются воздействию более высоких температур, поскольку горячие выхлопные газы текут вокруг и позади них.Они проводят свою трудовую жизнь в тесном контакте с горячими, агрессивными выхлопными газами и поэтому изготовлены из сверхпрочных, жаростойких и коррозионных материалов.

Направляющие клапанов

Клапаны проходят через отверстие в порту, это отверстие будет футеровано трубкой точного фрезерования, называемой направляющая клапана , Направляющая клапана установлена ​​очень близко вокруг стержня клапана, чтобы предотвратить любое боковое движение или покачивание. Плотная посадка означает, что поверхность клапана находится в идеальном положении с седлом клапана.

Этот малый зазор предотвращает утечку масла в отверстие, а также помогает остановить подачу сжатых газов через шток клапана в головку цилиндров.

Направляющие клапанов дополнительно закрыты уплотнение штока клапана Это, в основном, уплотнительное кольцо, которое уплотняет шток клапана, предотвращая попадание избыточного количества масла и газов через направляющую клапана в порт. Некоторое количество масла желательно в направляющей клапана, чтобы предотвратить износ и обеспечить бесперебойную работу.

Пружина клапана

Каждый клапан удерживается закрытым пружина клапана ,Пружина удерживает клапан закрытым, а также удерживает узел клапана в контакте с распределительным валом или коромысла, когда клапан открыт. Чтобы открыть клапан, шток клапана должен давить на натяжение пружины. Сила пружины клапана имеет большое значение.

[Иллюстрация поплавка клапана]

Слишком сильный, и мы тратим силы на открытие и закрытие клапанов, а также увеличиваем износ клапанного механизма. Но если пружина слишком слаба, она не сможет закрыть клапан достаточно быстро на высоких скоростях, клапан будет не в контакте с распределительным валом в состоянии, известном как поплавковый клапан которого мы хотим избежать во все времена.

Пружина клапана располагается вокруг штока клапана и толкается вверх по круглой пластине, называемой фиксатор клапана который заблокирован вокруг штока клапана.

Фиксатор фиксируется на штоке с помощью двух клапанные держатели (также известный как клапаны, цанги или замки). Держатели клапанов имеют коническую форму и вставляются в пазы на штоке клапана, предотвращая скольжение держателя вверх по штоку.

Клапанные подъемники

Клапанные клапаны также называется клапанных подъемников или толкателей цилиндрические проставки, которые находятся между верхней частью штока клапана и кулачком или кулисой. О них мы подробно поговорим в статье о распределительном валу.

распределительный вал

Функция клапанов очень тесно связана с функцией распределительного вала, и оба действуют вместе, причем распределительный вал управляет открытием и закрытием клапанов. Прочитайте статью о распределительном валу для полной картины клапанного механизма.

Неисправности клапана

Поврежденные клапаны вызовут плохое сжатие и серьезные проблемы с двигателем.Результат отказа клапана в одном цилиндре будет находиться где-то в масштабе между неработающим двигателем и плохой работой — в зависимости от количества цилиндров в двигателе.

Отказ клапана почти всегда приводит к потере сжатия в поврежденных цилиндрах из-за отказа клапана запечатать камеру.

Сгоревшие клапаны

А сгоревший клапан происходит, когда часть поверхности клапана повреждена в результате нагрева или коррозии.Если клапан не сидит идеально, из-за изгиба или небольшой трещины, то выхлопные газы могут просочиться через небольшую область в клапане. Концентрация газов в этой области будет стремиться попасть в головку клапана, вызывая дальнейший износ. Сгоревший клапан вызовет плохое уплотнение вокруг клапана, что приведет к потере сжатия в цилиндре.

Гнутый клапан

Клапаны находятся в постоянном движении с поршнями, синхронизированными с помощью ремня ГРМ или цепи.Если ремень ГРМ защелкивается или прыгает, то мощный поршень может коснуться клапана, и это приведет к изогнутый клапан , Двигатель, в котором поршень и клапан могут перекрываться, известен как интерференционная конструкция — большинство современных двигателей дизайн помех , двигатель без помех имеет зазор между поршнем и клапаном, даже когда клапан полностью открыт и поршень находится на вершине своего хода.

После того, как клапан согнут, он не сможет правильно сесть, что приведет к плохому сжатию.В зависимости от силы контакта между поршнем и клапаном, может быть нанесено дополнительное повреждение направляющей клапана.

,

Двигатель — как клапаны открываются и закрываются

клапан который позволяет смесь в цилиндр впускной клапан; тот, через который выходят отработавшие газы, является выпускным клапаном. Они предназначены для открытия и закрытия в точные моменты времени, чтобы позволить двигатель эффективно бегать на всех скоростях.

Операция контролируется грушевидными лепестками, называемыми кулачками, на вращающемся валу, распределительный вал движимый цепью, ремнем или набором шестерни из коленчатый вал ,

Где распределительный вал установлен в блокировка двигателя , маленькие металлические цилиндры толкатели сидеть в каналах над каждым кулачком, и из толкателей металлический толкатель выдвигается в крышка цилиндра ,Вершина каждого толчка встречает коромысло который опирается на шток клапана, который удерживается в поднятом (закрытом) положении сильной спиральной пружиной пружина клапана ,

Когда толкатель поднимается на кулачке, он поворачивает рычаг качания, который толкает клапан вниз (открывается) к давление своей весны. Как кулачок вращается дальше, пружина клапана действует, чтобы закрыть клапан. Это называется системой верхних клапанов (OHV).

Некоторые двигатели не иметь толкателей; клапаны управляются более непосредственно с помощью одинарных или двойных распределительных валов в самой головке блока цилиндров системы кулачка верхнего расположения.

Поскольку между распределительным валом и клапаном имеется меньше движущихся частей, метод верхних кулачков (OHC) более эффективен и вырабатывает большую мощность для двигателя с заданной мощностью, чем двигатель с толкателями, поскольку он может работать на более высоких скоростях. В любой из этих систем должен быть некоторый свободный ход рабочего механизма, чтобы клапан мог полностью закрыться, когда детали расширились за счет нагрева.

Предварительно установленный щуп зазор важно между шток клапана и коромысла или кулачка для расширения.Зазоры в толкателе сильно различаются на разных автомобилях, и неправильная регулировка может иметь серьезные последствия.

Если зазор слишком велик, клапаны открываются поздно и закрываются рано, что снижает мощность и увеличивает шум двигателя.

Слишком маленький зазор препятствует правильному закрытию клапанов с последующей потерей компрессия ,

Некоторые двигатели имеют саморегулирующиеся толкатели, которые гидравлически управляются давлением масла в двигателе.

Система верхних клапанов (OHV), управляемая толкателями, имеет коленчатый вал рядом с коленчатым валом в блоке цилиндров и параллельно ему.

По мере вращения коленчатого вала каждый клапан открывается с помощью толкателя, толкателя и коромысла. Клапан закрыт давлением пружины.

Цепь привода распределительного вала звездочка имеет в два раза больше зубьев, чем звездочка коленвала, так что распределительный вал вращается с половинной частотой вращения двигателя.

Двигателю с верхними кулачками (OHC) требуется меньше деталей для работы клапанов. Кулачки действуют непосредственно на ковшовые толкатели или на короткие рычаги — известные как пальцы — которые, в свою очередь, действуют непосредственно на стержни клапана.

Система обходится без дополнительного веса и механической сложности толкателей и коромысел.

Длинная цепь часто используется для привода распределительного вала от звездочки на коленчатом валу, но такая длинная цепь имеет тенденцию к «кнуту». В некоторых конструкциях эта проблема решается путем установки промежуточных звездочек и двух более коротких приводных цепей, которые находятся под напряжением.

Как работают клапанные двигатели | HowStuffWorks

Во время Второй мировой войны инженеры в нацистском режиме разработали некоторые из лучших и самых передовых авиационных вооружений эпохи. Один немецкий истребитель Focke-Wulf Fw 190 какое-то время превосходил все, что союзники могли поднять в воздух.

К счастью для союзников, инженерия на их стороне в конечном итоге перевернула маятник превосходства в воздухе в свою пользу. Прочный, нетрадиционный двигатель, о котором многие люди сегодня даже не слышали, помог нейтрализовать Fw 190 и остальную часть люфтваффе. В своем роде двигатель помог продвинуть союзников к победе [источник: Рикард].

Двигатель с рукавным клапаном, который использовался как на автомобилях, так и на самолетах, приводил в действие быстрые британские истребители, такие как Hawker Typhoon и Hawker Tempest. С их грубой силой они помогли союзникам управлять небом, оказали воздушную поддержку наземным силам и в конечном итоге выиграли войну.

Но что такое двигатель с гильзой и что за смешное название? И почему мы не видим и не слышим о них много сегодня?

Двигатель получил свое название от тонкостенной металлической втулки, которая скользит вверх и вниз внутри каждого цилиндра в процессе сгорания.Как правило, отверстия во втулке и в цилиндре, в котором она находится, выстраиваются с предсказуемыми интервалами для удаления выхлопных газов и всасывания свежего воздуха.

Несмотря на свою почетную репутацию в вооруженных силах, комплексная установка втулочных клапанов уступила тому, что мы используем сегодня в двигателях внутреннего сгорания, толкатели клапанов. В самолетах, конечно, поршневые силовые установки всех типов в значительной степени уступали реактивным двигателям.

Но держись — пока не воспринимай гильзу как бесполезную историческую реликвию.

По крайней мере, одна компания стремится вернуть в действие почтенный рукавный двигатель, но с несколькими современными изменениями.

На следующих нескольких страницах мы рассмотрим только то, что заставляет двигатель клапана с втулкой вращаться. Мы также рассмотрим, почему он потерял благосклонность, а также причины, по которым он призван сейчас, спустя более столетия после своего изобретения, служить в другой «борьбе».

Этот контент не совместим с этим устройством.

,

---

Смотрите также

• Какие свечи на 406 двигатель инжектор
• Как сделать раскоксовку двигателя
• Как определить есть ли двигатель масло
• Какой дизельный двигатель подходит на ниву 2121
• Тактность двигателя что это
• Какой ресурс двигателя у рено логан
• Якорь в двигателе что это
• Для чего нужен шаговый двигатель
• Как почистить систему охлаждения двигателя
• Объем двигателя что это значит
• Какое масло лить в двигатель приуса 20

Как это работает: клапаны

На этом двигателе BMW G450X впускные клапаны больше, чем выпускные, чтобы облегчить поток воздуха/топлива камера сгорания. Они открываются, чтобы впустить смесь воздуха и топлива, закрываются, чтобы герметизировать камеру, когда смесь взрывается, поэтому поршень толкается вниз, затем открывается другой набор, чтобы выпустить выхлопные газы. Большинство современных мотоциклов имеют четыре клапана на цилиндр (два на впуск, два на выпуск), хотя у различных Yamaha их пять (три на впуске), что, если вам когда-либо приходилось покупать для них прокладки, может сделать его довольно дорогим.

 

Это новый KTM 790 Duke. Обратите внимание на гладкую форму от штока до торца — это важно для быстрого входа и выхода газов

 

Что такое клапаны?

Все тарельчатые клапаны мотоциклов имеют форму 4-дюймового гвоздя с большой плоской головкой. В современных велосипедах головка клапана (называемая лицевой стороной) находится в камере сгорания, а вал (называемый штоком) торчит из цилиндра, где он прикреплен к пружине.

 

Как они работают?

В верхней части клапана находится механизм открывания по вашему выбору – в некоторых двигателях для соединения с распределительным валом используется коромысло (конус Ducatis), в других – палец (например, BMW R1200GS), в третьих – ведро (почти каждый японский четырехцилиндровый двигатель). цилиндр), с распределительным валом прямо над ним.

Существуют и другие способы активации клапанов: в некоторых старых двигателях коромысла соединены с толкателем, который приводится в действие кулачками, расположенными ниже коленчатого вала, а в современных Ducati используется десмодромная система (мы займемся этим в другой раз).

Но давайте остановимся на наиболее распространенной конфигурации — двойной верхний распредвал (DOHC), где один из двух распределительных валов управляет двумя впускными клапанами на цилиндр, а другой — двумя выпускными клапанами на цилиндр.

 

Как это работает

Теоретически работа клапана очень проста: кулачок толкает клапаны вниз в цилиндр против пружины, открывая клапан, чтобы газы могли течь, а затем позволяет клапану закрыться под действием силы весна. Давление в камере сгорания довольно аккуратно помогает закрыть клапан.

Проблемы возникают из-за того, что это должно произойти несколько раз. Например, с двигателем велосипеда, вращающимся со скоростью 10 000 об/мин, каждый клапан должен открываться и закрываться 83 раза в секунду, поэтому он должен двигаться быстро. Эта скорость является проблемой, потому что это означает, что клапан имеет много энергии и постоянно ударяется о седло клапана.

С этим ничего не поделаешь — если сделать пружину слабее, чтобы клапан не хлопал так сильно, клапан в конечном итоге потеряет контакт с кулачком и не откроется в нужное время. Если вы уменьшите расстояние, которое должен пройти клапан, так что у клапана будет меньший разбег для его головки в седле клапана, меньше газа может попасть в камеру сгорания или выйти из нее, что снижает мощность.

Единственное решение — металлургия — сделать более прочные и легкие клапаны, способные выдержать все хлопки и жар камеры сгорания. Отсюда использование титановых клапанов в некоторых двигателях спортивных мотоциклов (например, GSX-R1000 2017 года).

 

 

Вы действительно не хотите заменять все прокладки на BMW K1600!

 

Все дело в времени

Время клапана имеет решающее значение. Изменяя ориентацию кулачков и их профили, конструкторы двигателей могут точно установить, когда открываются впускные и выпускные клапаны, как долго они остаются открытыми и когда закрываются. Это оказывает огромное влияние на то, где пиковый крутящий момент и мощность возникают в диапазоне оборотов.

Например, для мотоцикла Harley V-twin вам нужен крутящий момент на низких оборотах, поэтому вы устанавливаете фазы газораспределения максимально эффективными на низких оборотах. На этих оборотах все движется не слишком быстро, поэтому, например, вы можете открывать впускные клапаны позже и закрывать их раньше, чтобы извлечь как можно больше энергии при взрыве газа. То же самое с выпускными клапанами, поэтому время, когда оба впускных и выпускных клапана открыты (перекрытие), мало.

Проблема в том, что по мере увеличения оборотов не хватает времени, чтобы влить всю необходимую смесь и выпустить весь выхлоп. Итак, с точки зрения гонщика, у двигателя заканчивается затяжка. На высокооборотном четырехцилиндровом двигателе, рассчитанном на максимальную мощность, все наоборот — вы устанавливаете фазы газораспределения для высоких оборотов, когда все движется очень быстро, поэтому впускные и выпускные клапаны должны быть открыты на больший процент цикла хода. чтобы убедиться, что вы получаете много смеси, а затем выпускаете весь выхлоп. Это хорошо, но на низких оборотах это может быть ужасно неэффективно.

Конечно, это система изменения фаз газораспределения… подробнее об этом можно прочитать здесь.

 

 

Что такое клапаны в автомобильных двигателях и как они работают?

За прошедшие века многочисленные открытия изменили мир к лучшему. Это высказывание ничем не отличается, когда речь идет о автомобильных двигателях. Автомобильные двигатели в современном мире надежны, эффективны и обладают большей адаптируемостью и разнообразием, чем в старые времена. При должном уходе и внимании автомобильные двигатели могут работать целую вечность. За счет разработки и усовершенствования автомобильных двигателей автомобильные компании дополнительно улучшили и усилили основные параметры этих двигателей. Клапаны в автомобильном двигателе играют очень важную роль в этом отношении.

Роль современных клапанов в автомобильных двигателях

Люди, должно быть, часто слышали термин «получение работы клапана». Однако этот термин больше использовался в старину, потому что более ранние автомобили постоянно требовали регулировки и ремонта своих клапанов. Если кто-то до сих пор владеет этим классическим винтажным автомобилем, то может возникнуть эта проблема. Однако с клапанами автомобильного двигателя нового поколения таких проблем нет.

Клапанные механизмы современных автомобильных двигателей практически безотказны. В настоящее время вы редко слышите о проблемах с клапанами в автомобильных двигателях, поскольку двигатели с верхним расположением распредвала в современных клапанах автомобильных двигателей содержат меньшие элементы, которые могут разрушиться или создать проблемы. В предыдущую эпоху клапаны в автомобилях имели различные элементы, такие как толкатели, негидравлические подъемники и клапан двигателя, которые могли создать постоянную проблему.

Что такое клапаны в автомобильных двигателях?

Клапаны в автомобильных двигателях представляют собой механические элементы, используемые в двигателях внутреннего сгорания для включения или уменьшения движения газа или жидкости из цилиндров или камер сгорания взад и вперед по всей функциональности автомобильного двигателя. Клапан автомобильного двигателя технически работает так же, как и многие другие типы клапанов.

Клапаны в двигателях ограничивают или пропускают поток любой жидкости. Однако клапаны в автомобильном двигателе имеют полностью автоматизированный механизм, который согласуется с другими элементами двигателя, такими как коромысла, чтобы разблокировать и заблокировать их в правильном порядке и в точное время. Это также может быть своего рода регулирующий клапан, который используется для подачи воздуха в качестве элемента направления выброса и рециркуляции выхлопных газов в автомобилях.

Автомобильные двигатели знакомы с многочисленными типами двигателей внутреннего сгорания, независимо от того, работают ли они на таких горючих веществах, как бензин, дизельное топливо, бензин, керосин, пропан (LP) или природный газ (CNG). Типы автомобильных двигателей различаются по количеству цилиндров в камере сгорания и способствуют выработке энергии за счет воспламенения топлива.

Еще больше разнообразят по типу работы (4-тактные или 2-тактные) и по схеме расположения клапанов в двигателе автомобиля. Пара клапанов двигателя используется для каждого цилиндра в двигателе каждого автомобиля; впускной (или абсорбционный) клапан и выпускной клапан.

Работа клапанов в автомобильных двигателях

В четырехтактных или четырехтактных двигателях внутреннего сгорания в автомобильных двигателях используются два основных типа клапанов . Эти клапаны известны как выпускной клапан и впускной клапан .

Впускные клапаны откручиваются для обеспечения движения воздуха или горючей смеси в цилиндр автомобильного двигателя, что делается до воспламенения и сжатия. С другой стороны, выпускной клапан откручивается, чтобы обеспечить выброс газов, которые используются в процессе сгорания после воспламенения.

В обычном режиме коленчатый вал двигателя, прикрепленный к поршню, соединен с распределительным валом как компонент системы клапанной цепочки автомобильного двигателя. Когда коленчатый вал движется, его действия передают движение распределительному валу с помощью зубчатого ремня, зубчатой ​​цепи или других приспособлений.

Синхронизация и выравнивание положения распределительного вала (который определяет положение клапанов в цилиндре) и коленчатого вала (который обеспечивает положение поршня в цилиндре) чрезвычайно важны для высококлассной работы двигателя, а также для предотвращения вмешательства в работу клапанов и поршней в огромных двигателях сжатия. Во время впускного цикла поршень впускного цилиндра поворачивается вниз, когда впускной или впускной клапан отвинчивается.

Движение поршня создает отрицательную силу, которая позволяет подавать топливо или воздух в цилиндрический ствол. Сразу после того, как поршень достигает самой глубокой точки в стволе (также воспринимаемой как нижняя мертвая точка), впускной клапан закрывается.

Во время цикла сжатия впускной клапан закрывается, чтобы изолировать цилиндр, поскольку поршень ускоряется в цилиндре до крайнего верхнего положения, что сужает топливную или воздушную смесь до крошечного размера.

Это действие сжатия способствует созданию огромной силы на поршне при воспламенении горючего наряду с предварительным нагревом состава для обеспечения эффективного воспламенения горючего.

Позже, во время силового цикла, горючая или воздушная смесь сгорает, что вызывает извержение, которое толкает поршень назад в самую глубокую точку и смещает химическую энергию, высвобождаемую при воспламенении воздуха и горючей смеси, в круговое движение коленчатого вала. .

Поршень снова начинает двигаться вверх в цилиндре во время такта выпуска. Однако, когда выпускной клапан открывается, впускной всегда остается закрытым. Сила, создаваемая поршнем, дополнительно вытесняет выхлопные газы из ствола с помощью выпускного клапана и направляет их к выпускному коллектору.

Выхлопная система крепится к выпускному коллектору и содержит набор трубок, включающих кожух для подавления шума двигателя и систему каталитического нейтрализатора для контроля выбросов от зажигания турбины.

Выпускной клапан начинает закрываться, а впускной клапан начинает разблокироваться, как только поршень приближается к самой верхней точке цилиндра в выпускном ряду. Процесс впуска и выпуска начинается заново. Вы должны понимать, что силы ствола на впуске помогают удерживать впускной клапан незапертым, а огромная сила в патроне сжатия дополнительно помогает удерживать оба клапана закрытыми.

Автомобильные двигатели с различными цилиндрами, соответствующие четыре серии выполняются синхронно и последовательно в каждом цилиндре, так что двигатель определяет постоянную динамику и дополнительно уменьшает шум и колебания.

Расположение поршневого, клапанного и горения достигается с помощью четкого технического чертежа и электрической синхронизации знаков горения к искровым соединениям, воспламеняющим воздух и горючую смесь.

Знаете ли вы, какие существуют типы колес?

Движение клапанов в автомобильных двигателях

Движение клапанов в автомобильных двигателях управляется с помощью распределительного вала двигателя. Распределительный вал двигателя содержит последовательность узлов или кулачков, которые помогают создать прямолинейное движение клапана за счет вращения распределительного вала по окружности. Количество кулачковых узлов, присутствующих на распределительном валу, эквивалентно количеству клапанов в двигателях.

Когда распределительный вал находится в головке цилиндра, он распознается как конструкция с верхним расположением распредвала (OHC). Напротив, когда распределительный вал расположен в блоке двигателя, это известно как конструкция с верхним расположением клапанов (OHV).

Фундаментальное смещение клапанов двигателя за счет установки кулачка на рычаг или толкатель создает привод, который давит на шток клапана и дополнительно сжимает пружину клапана. Это действие устраняет тугость пружины, которая удерживает клапан в закрытом состоянии.

Это вращение штока клапана поднимает клапан из положения в головке цилиндра и отвинчивает его. Как только кулачковый узел перемещается и распределительный вал поворачивается, эксцентриковая часть больше не находится в прямой связи с толкателем или рычагом; натяжение пружины герметизирует клапан, когда шток клапана движется к центральному положению кулачкового узла.

Поддержание зазора между коромыслом или кулачком клапана и штоком клапана очень важно для нормального функционирования клапанов в автомобилях. Требуется небольшая очистка, чтобы убедиться, что элементы из сплава работают хорошо, так как при работе турбины возникает тепло.

Различные условия очистки различаются от двигателя к двигателю. Если вы не сможете обеспечить надлежащее техническое обслуживание или правильный зазор, то клапаны в автомобильных двигателях могут столкнуться с серьезными проблемами, связанными с работой двигателя.

Если степень очистки клапана слишком высокая, то в этом случае клапаны разблокируются позже обычного времени и быстро закроются. Эта проблема может снизить производительность двигателя и усилить звук двигателя.

Аналогичным образом, если зазор клапана слишком короткий, клапаны в двигателях не будут закрываться полностью, что приведет к ухудшению компрессии. Современный автомобильный сектор производит управляемые давлением и автоматические клапаны в автомобильных рычагах, которые самокомпенсируются и еще больше снижают потребность в замене клапанов.

Усовершенствованные автомобильные двигатели беспорядков могут использовать различное количество клапанов на баррель, в зависимости от плана и администрации. Более миниатюрные автомобильные двигатели состоят из одиночных клапанов в двигателях и имеют только один впускной и выпускной клапан. Напротив, двигатели больших или многоосных транспортных средств имеют до 4, 6 или 8 цилиндров, и в этих двигателях может использоваться около 4 или 5 клапанов на каждый цилиндр.

Это может вас заинтересовать: Эволюция автомобилей

Типы клапанов двигателя

Помимо разграничения клапанов в двигателях по их функции (функция выпуска и впуска), существуют различные типы клапанов двигателя, которые существуют в зависимости от схемы и используемых элементов. Основные типы клапанов:

Монометаллические клапаны:

Как следует из их названия, они сделаны из единого элемента, который создает как головку клапана, так и шток клапана. Клапаны такого типа в двигателях обладают отличной противопожарной защитой, а также обладают неизмеримыми антиабразивными свойствами.

Биметаллические клапаны:

Они также известны как двухсплавные клапаны двигателя. Эти клапаны в автомобилях создаются путем объединения двух отдельных элементов с использованием метода шлифовальной сварки для производства клапана двигателя, который имеет твердый раствор стали на крышке клапана и мартенситный металл для ствола клапана.

Характеристики каждого стального элемента могут соответствовать требуемому объекту. Твердый стальной металл на верхней части клапана обеспечивает отличную защиту от тепла и ржавчины. С другой стороны, мартенситный элемент на стержне клапана обеспечивает невероятную пластическую прочность и защиту от грубых повреждений.

Полые клапаны

Они изготовлены с уникальным биметаллическим клапаном, который представляет собой глубокую яму, заполненную натрием. Его глубокая конструкция способствует более заметному замещению энергии внутри штока клапана по сравнению с клапанами с твердой конструкцией, поскольку мартенситный магистральный элемент является более качественным проводником тепла, чем цельный стальной колпачок.

Глубокие клапаны в высшей степени подходят для применения в современных автомобильных двигателях, которые передают более высокий потенциал из менее плотных конфигураций двигателя, которые выдерживают более высокие температуры выхлопных газов, которые твердые клапаны в автомобилях не способны регулировать. Эти более высокие температуры выхлопных газов являются результатом многочисленных обстоятельств, в том числе:

• Стремление к скудному методу сжигания, который уменьшает воздействие парниковых газов.
• Конфигурации двигателя с высокой степенью сжатия и более мощными силами сгорания повышают производительность.

В двигателе автомобиля есть различные типы клапанов. Закрытые автомобильные клапаны состоят из трубы или крышки, расположенной между поверхностью цилиндра и поршня, который либо вращается, либо скользит, когда он приводится в движение распределительным валом вместе с другими клапанами в двигателях.

Действие закрытого клапана приводит к тому, что отверстия, вырезанные в крышке, сливаются с аналогичными отверстиями на поверхности ствола в различных точках движения двигателя.